Énergiser ses neurones : l’astrocyte donne le LA(ctate)

Depuis déjà longtemps, le glucose est reconnu comme le principal substrat énergétique permettant de soutenir l’activité des neurones, puis par extension d’assurer le maintien des fonctions cognitives, comme l’apprentissage et la mémoire. Ce dogme dans le domaine de l’énergétique cérébrale est demeuré incontesté jusqu’au milieu des années 90. Sur la base d’expériences conduites uniquement in vitro, des chercheurs ont suggéré une alternative surprenante. En effet, ils ont montré que les astrocytes avaient la capacité non seulement de détecter l’activité des neurones, mais de l’associer à la production de lactate à partir du glucose extracellulaire. De ces observations est né le concept de la navette lactate, ou astrocyte-neuron lactate shuttle (ANLS en anglais) qui propose que le lactate produit par les astrocytes soit transféré aux neurones pour contribuer au soutien de leur activité. Une autre avancée, soutenant ce concept, fut de montrer que ce lactate, jusqu’alors considéré comme un déchet métabolique, pouvait constituer un substrat énergétique utilisé efficacement par les neurones.

Bien que de nombreuses évidences accumulées au cours des dernières années semblent soutenir l’existence de cette navette, le sujet demeure controversé. Le point critique est de pouvoir démontrer que ce transfert de lactate entre astrocytes et neurones 1) est bien réel in vivo, et 2) est nécessaire à l’activation et à la fonction cérébrale. Pour cela, un modèle a été mis au point chez le rat adulte. L’expression de certains transporteurs aux monocarboxylates, responsables du transport de lactate, a été réprimée de manière sélective, soit dans les astrocytes, soit dans les neurones. Cette répression a été réalisée dans la zone dite des tonneaux (cortex somatosensoriel), région cérébrale impliquée dans la détection des objets via l’utilisation des moustaches (ou vibrisses) du rat. Sur ces animaux modifiés génétiquement, de la spectroscopie in vivo, de l’imagerie fonctionnelle et une tâche cognitive, ciblant toutes cette même zone cérébrale (liée à la stimulation des vibrisses), ont été réalisées. Lorsque le transporteur au lactate neuronal est réprimé, les résultats indiquent clairement que les signaux du couplage neurométabolique (augmentation du lactate en spectroscopie RMN fonctionnelle in vivo) et du couplage neurovasculaire (signal dépendant du niveau d’oxygénation cérébrale "BOLD" en IRM fonctionnelle) sont perdus. D’autre part, la capacité des animaux à discriminer des objets grâce à leurs vibrisses est aussi complètement altérée (perte de reconnaissance entre deux objets identiques de textures différentes). La répression du transporteur au lactate astrocytaire, quant à elle, induit une perte du couplage neurométabolique, mais seulement une perte partielle du couplage neurovasculaire (et de la fonction), signal BOLD qui peut être restauré lors de perfusion de lactate.

Ces travaux mettent en lumière le rôle clé des astrocytes et de la navette lactate in vivo dans l’origine des signaux d’imagerie fonctionnelle et dans le soutien des fonctions cérébrales. Ces données suggèrent également que, dans les pathologies cérébrales où le métabolisme est altéré (comme dans les maladies neurodégénératives), le rôle des astrocytes mérite toute notre attention.

Pour en savoir plus :
Lactate transporters in the rat barrel cortex sustain whisker-dependent BOLD fMRI signal and behavioral performance
Hélène Roumes, Charlotte Jollé, Jordy Blanc, Imad Benkhaled, Carolina Piletti Chatain, Philippe Massot, Gérard Raffard, Véronique Bouchaud, Marc Biran, Catherine Pythoud, Nicole Déglon, Eduardo R. Zimmer, Luc Pellerin & Anne-Karine Bouzier-Sore.
Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 15 novembre 2021. https://doi.org/10.1073/pnas.2112466118